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液体-固体大分子静电作用构筑自适应粘附的水凝胶生物传感器

液体-固体大分子静电作用构筑自适应粘附的水凝胶生物传感器

引用

作者：周丹青华东师范大学

学位级别：硕士

目的:水凝胶以其高弹性和刺激响应性能,在生物传感领域得到广泛的应用。传统的生物电子传感器通常与天然皮肤表面不符合,容易受到运动干扰,由于尺寸不兼容,附着力不足,依从性不佳,这大大限制了水凝胶生物传感器的应用。因此,开发一种可... 详细信息

目的:水凝胶以其高弹性和刺激响应性能,在生物传感领域得到广泛的应用。传统的生物电子传感器通常与天然皮肤表面不符合,容易受到运动干扰,由于尺寸不兼容,附着力不足,依从性不佳,这大大限制了水凝胶生物传感器的应用。因此,开发一种可实现不同界面自适应粘附的有效策略,在拓宽水凝胶在传感器领域的发展具有重要意义,我们将关注点聚焦于界面间。方法:本论文论述了通过液-固大分子静电相互作用,水凝胶传感器在不同表面的自适应粘附,以解决上述挑战。该方案是液-固大分子的体系通过静电作用结合,形成水凝胶传感器。界面间的相互作用使水凝胶传感器具有自适应粘附的特点。结果:论文通过液-固大分子协同体系制备了水凝胶传感器,并对其构筑、机械性能、导电性能及生物相容性等进行了研究,取得如下创新成果:1、原位获得了在不同表面可自适应粘附的水凝胶传感器,在分子水平上实现水凝胶网络与键合表面的自适应粘附,克服可以克服微米级甚至更大的缝隙,如微米级的皱纹和孔隙;2、水凝胶传感器能够很好得承受运动过程中可逆的变形,并产生有规律的电信号;3、发现基于海藻酸多巴胺衍生物的水凝胶可通过p H调节有效得调控水凝胶在界面的粘附/解粘附,对水凝胶进行轻易的擦除。结论:我们已经证明了该水凝胶在各种表面上显示出良好的生物传感能力。因此,我们希望液-固大分子协同原位形成的水凝胶传感器用于生理信号监测开辟一条更可行的途径。

关键词：液体-固体大分子静电作用自适应粘附水凝胶生物传感器

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基于水凝胶生物传感器的眼科标志物miR-145和HAase检测研究

基于水凝胶生物传感器的眼科标志物miR-145和HAase检测研究

引用

作者：蔡晴厦门大学

学位级别：硕士

目的:生物标志物在个体化医疗上具有独特优势,寻找并发现有价值的生物标志物是当今医学领域的研究热点之一,同时针对这些特定生物标志物的检测方法也越来越受到重视。本文中针对常见的两种眼科生物标志物microRNA-145(miR-145)、透明质... 详细信息

目的:生物标志物在个体化医疗上具有独特优势,寻找并发现有价值的生物标志物是当今医学领域的研究热点之一,同时针对这些特定生物标志物的检测方法也越来越受到重视。本文中针对常见的两种眼科生物标志物microRNA-145(miR-145)、透明质酸酶(Hyaluronidase,HAase),分别构建了两种新型水凝胶生物传感器用于其快速便捷检测。方法:本研究主要分为以下两个部分:DNA水凝胶电化学发光(Electrochemiluminescence,ECL)生物传感器的制备以及将其用于翼状胬肉样本中miR-145的检测;透明质酸(Hyaluronic acid,HA)水凝胶膜生物传感器的制备以及将其应用于玻璃体样本中HAase的检测。1)修饰有氨基的两条寡核苷酸链与HA共价交联形成HA水凝胶,将合成的信号分子Ru@SiO2纳米粒子包裹在DNA水凝胶中以构建DNA水凝胶ECL生物传感器。当加入目标物(miR-145)和双链特异性核酸酶(Duplex-specific nuclease,DSN)时,miR-145会与其中一条寡核苷酸链完全互补配对。DSN选择性降解DNA-RNA双链体中的DNA,使DNA水凝胶逐渐解体,Ru@SiO2纳米粒子游离出来,产生ECL信号。MiR-145的浓度与ECL信号在一定范围内具有线性关系,由此可实现目标物的定量检测。提取3份严重程度不同的翼状胬肉样本的总miRNA,加入到制备好的DNA水凝胶ECL生物传感器中进行miR-145的检测。2)将活化后的HA溶液平铺到放置在针式过滤器中的混合纤维素滤膜(Mixed cellulose membrane,MCEM)表面,均匀滴加PEI溶液使之共价形成HA水凝胶膜以制备水凝胶膜生物传感器。加入不同浓度的HAase后,HAase可对HA水凝胶膜产生特异性的降解,使水凝胶渗透性发生改变。在排水设备和电子天平的辅助下,精确称量5 min内通过该HA水凝胶-MCEM复合膜水的质量。在一定的浓度范围内,排水量与透明质酸酶浓度呈正相关,建立线性方程可实现HAase的定量检测。分别用人透明质酸酶检测试剂盒(HAase ELISA Kit)以及本文中设计的水凝胶膜生物传感器对人玻璃体样本中的HAase进行检测。结果:1)本实验成功构建了基于DNA水凝胶的ECL生物传感器,实现了对miR-145的灵敏便捷检测。当目标物浓度在1.0 fM～1.0 nM之间时,该DNA水凝胶生物传感器的ECL信号强度和miR-145的浓度之间具有良好的线性关系,线性相关系数为 0.9963,检测限(Limit of detection,LOD)为 0.42 fM(S/N=3),同一批次和不同批次重现性相对标准偏差(Relative standard deviation,RSD)分别为3.02%、4.14%。对翼状胬肉样本中miR-145的检测结果表明,样本中的miR-145浓度与该患者的翼状胬肉严重程度呈负相关,这一结果与先前文献中报道的相一致。2)本实验成功构建了用于HAase检测的水凝胶膜生物传感器,实现了对HAase的简便定量检测。该生物传感器的检测范围为1.0 U/mL～36 U/mL,在此浓度区间,5 min内的排水量与HAase的浓度具有线性关系。线性相关系数为0.9973,LOD为0.35 U/mL,RSD为3.7%,抗干扰性和稳定性良好。用本实验中的方法以及HAase ELISA Kit均检测到液化的玻璃体样本中存在少量的HAase,且检测结果较为接近。水凝胶膜生物传感器在实际样品检测中的回收率范围为95.26%～105.40%,RSD低于6.8%,表现良好。结论:1)本研究成功构建了用于miR-145灵敏检测DNA水凝胶ECL生物传感器,实现了对翼状胬肉样本的检测,具备良好的稳定性、重现性性和抗干扰性。此外,由于该DNA水凝胶生物传感器的可编程性,通过改变DNA的碱基序列,即可实现对其它不同类型的miRNA分子的检测。因此,本实验所设计的生物传感器具有很大的适用潜力,可应用于临床医学领域多目标物多样本的实际检测。2)本研究成功构建了一种新型的用于HAase检测的生物传感器。该传感器结合了目标响应型水凝胶膜的渗透性变化以及电子天平读数准确的优点,实现了对玻璃体液灵敏且简便的检测。良好的稳定性及抗干扰性使其具有广泛的临床应用前景。

关键词：水凝胶生物传感器眼科疾病标志物 MicroRNA-145 透明质酸酶电化学发光

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